FREEDEE BLOG

Szingapúri és izraeli felsőoktatási intézmények (Szingapúri Műszaki és Design Egyetem Digitális Gyártás és Tervezés Központja, CREATE, Jeruzsálemi Héber Egyetem) közös projektje komoly áttörést ért el a 3D nyomtatóanyagok világában: printelhető, remekül nyújtható, UV-vel kezelhető elasztomereket fejlesztettek. Az 1-től 1100 százalékig nyújtható elasztomereket „minden idők” legrugalmasabb anyagaiként harangozzák be.

Mik és mire használhatók az elasztomerek?

Az elasztikus és polimer szavakat összevonó elasztomer rugalmas polimert jelent, mint például a kaucsuk, vagy még markánsabban a gumi. A Wikipédia alapján „az elasztomerek kis erő hatására is könnyen deformálhatók, és az erő megszűnte után viszonylag nagymértékben felveszik a deformáció előtti alakjukat (a gumi majdnem teljesen, a kaucsuk kicsit kevésbé).” Organikus vagy elasztikus tulajdonságokkal rendelkező szintetikus polimerként is szokták definiálni őket.

Az üvegállapotú polimerek (a hőmérséklet alacsonyabb az adott polimer üvegesedési hőmérsékleténél) az adott hőmérsékleten nem ebbe, hanem a hőre lágyuló polimerek kategóriájába tartoznak. Nem elég mozgékonyak ahhoz, hogy elasztomerek lehessenek. Köztük és az elasztomerek közötti átmeneti kategóriát jelentik a gyártáskor hőre lágyuló, a termék felhasználásakor pedig rugalmas termoplasztikus anyagok.

Ezek az anyagok a sokak szerint a szakterület jövőjét jelentő puha robotikától (soft robotics) kezdve, mesterséges anyagokon (metaanyagokon), biomedikális műszereken keresztül a rugalmas elektronikáig, sokféle alkalmazásban bizonyítottak.

Elasztomerek a 3D nyomtatásban

Az additív gyártásban viszont korlátozott mértékben használnak elasztomereket. Eddig legalábbis így volt, és a kötelező hőkezelés volt az oka. A legnépszerűbb elasztomereket, szilikon-gumi anyagokat mostanáig inkább hagyományos gyártótechnikákkal, például öntéssel, vágással stb. dolgoztak meg.

Nyomtatható elasztomerek léteznek már, például a Sculpteo is dolgozik elasztomer poliuretánnal, csakhogy ezek az (UV-s 3D printelésre valóban alkalmas) anyagok feldolgozott állapotban nem nyújthatók 200 százaléknál többre, és így kevésbé hasznosak sok alkalmazásra.

„Elasztomerünk több mint ötször rugalmasabb bármelyik kereskedelmi forgalomban kapható elasztomernél, és tökéletesen alkalmas az UV-kezelésen alapuló 3DP technikákhoz” – jelentette ki a fejlesztések egyik vezetője, a szingapúri Qi Ge professzor.

Nagyfelbontású 3DP módszerekkel komplex 3D rácsokat és szerkezeteket nyomtattak az új elasztomerekből. Bebizonyosodott, hogy bonyolult formák és geometriák hozhatók létre velük. 3D printeléssel és ezekkel az elasztomerekkel (SUV, stretchable and UV curable elastomers) órákról, sőt, napokról néhány percre, órára csökkenthető a gyártási idő, a hagyományos gyártás bonyolult és időigényes lépései 3D nyomtatásra redukálhatók.   

Az új fejlesztéssel komoly változások várhatók. A bizonyítottan remek mechanikai tulajdonságokkal rendelkező anyagokkal rugalmas elektronikai tárgyak, például villanykapcsolók készíthetők. A kapcsolókat bemutatón tesztelték, és ezer ki-bekapcsolás után is hibátlanul működtek.

Betegsegítő alkalmazások: multifunkcionális járóka

A robotikában előszeretettel használják a 3D nyomtatást. Elektronikus részek ugyan még nagyon nehezen, az átlagfelhasználó számára sehogy sem printelhetők, a maker-mozgalom felvirágzásával azonban nagyon fellendült a barkácsolás, komolyabb és komolytalan robotok építése.

Desktop géppel dolgozók számára innovatív és általában olcsó, járáskárosultakat támogató eszközök létrehozása az egyik legígéretesebb hasznosulási terület. A biomedikális mérnök Eliza Wrobel új multifunkcionális járóalkalmatosságának célja, hogy részleges bénulásban szenvedők otthon és kint is visszanyerjenek valamit mobilitásukból. Az eszköz egyébként több egyszerű járókánál: a felhasználói aktivitást különféle feladatok kivitelezésére alkalmas, cserélhető részekkel, például bevásárló kosárral, pohártartóval stb. növeli. Egyelőre csak törékeny prototípus, de a megvalósíthatósági példa bizonyította, hogy működik, és nyilvánvalóan fogunk még hallani róla.

Csináld magad szegmens: négylábú

Scott Hatfield, a Toglefritz álnéven működő maker pici kutya méretű négylábú robotja egyike volt a Shapeways és a 3DConnexion Design Now: 3D Printing Contest három első helyezettjének.

Az összesen 38 printelt részt tartalmazó robot teljes kerete 3D nyomtatással készült. A gép pontosan a 3DP miatt döbbenetesen könnyű, de figyelem: egyes részekhez nem ajánlott olcsó printert használni, mert tönkremennek, sőt, már a nyomat sem sikerül. Más részeket meg kihívás megvalósítani, és vannak nagyon nagyok is, úgyhogy összességében majdnem csúcskategóriás desktop gép kell hozzájuk. Hatfield is a 3D Hubson keresztül kivitelezte, a szolgáltatásról szuperlatívuszokban beszél.

Instructables felhasználóknak nagyon tetszik a négylábú masina, posztjaikban és kommentjeikben repkednek az „óriási”, „elegáns”, „döbbenetes” és hasonló jelzők.

Tudományos élet: lubickoló halacskák

New yorki és torinói mérnöki iskola együttműködésének gyümölcseként több anyagból printeltek robotikus zebrahalakat. A természetes minta viselkedését utánozó gépállatok rendeltetése a halak életének hatásaiban vízi világokon jócskán túlmutató mélyebb megismerése. A kutatás két nagyon különböző területre, a mesterséges intelligencia további fejlődésére és a tengeri élet fenntartására gyakorolhat komoly hatást.

A nagyjából 4 centi hosszú, maximum 6,4 centi széles zebrahalaknál működő alkatrészek, például elemek és mágnesek méretének a robothoz passzintása jelentette a legfőbb kihívást. A Stratasys Objet500 Connex gépen készült robothal 6,6 centi hosszú, amelyből a külső fehér bőr és a farok 3D nyomatok. Az elektronikát védő testhez kifejezetten kemény műgyantát, a farokhoz gumit használtak.

Az MIT szintén tanulmányozza az óceánok élővilágát, és persze a 3D nyomtatás ezirányú alkalmazásait is. A közeljövő egyik meghatározó technológiájának prognosztizált puha robotika (soft robotics) kategóriába tartozó printelt hidrogélből dolgoztak ki halfogó kezet. Persze a halat nem azért kapja el, hogy lehalássza, hanem viselkedéstani vizsgálatok alanya lesz.

A robothalak más kutatási területeken, például a medicinában szintén hasznosak lehetnek.

A gyártás nagyon átalakult az utóbbi tíz évben. Egészen mostanáig bevett gyakorlatnak számított, hogy probléma esetén, vagy ha jobb ötlet merült fel, termékeken és folyamatokon költséges újratervezéssel, újragyártással változtattak. Egyszerű oknál fogva: másként nem tudtak…

Az additív technológiákkal, könnyebben hozzáférhető gépekkel, géptermekkel lényegesen könnyebb gyártásra tervezni. A 3D nyomtatás rengeteget segít az úgynevezett gyors gyártás (agile manufacturing) megvalósításában. Lényege, hogy a prototípuskészítés észrevétlenül megy át gyártásba. Az adott vállalat maga dolgozza ki a folyamatokat, hozza létre az eszközöket, képzéseket tart, hogy az ár és minőség feletti teljes kontrollt megtartva, a lehető leggyorsabban reagáljon a fogyasztók szükségleteire és a piaci változásokra.

Cégek a legmodernebb megoldások előnyeit kihasználva, „újra feltalálják” a termék-előállítási folyamatot. E vállalatok közé tartozik a például a Form 2 3D printert, a világ legfejlettebb aztali nyomtatóját megalkotó Formlabs is. A nyomtató az ötleteléstől a megvalósításig, a folyamat minden fázisában hasznosítható. A Formlabs „24 órás tervezői ciklusként” definiált munkamódszere a következő: az első nap a tervezésé, éjszaka printelnek, másnap megtisztítják a nyomatot, és elvégzik a teszteket. Mihelyst meggyőződtek arról, hogy jó a terv, elküldenek egy kis mintát egy shopba, ahonnan nagyon hamar visszajelzést kapnak. A végső részek elkészültével már biztosak, hogy működik.

A prototípuskészítés azonban nem ér ezzel véget: gyártás közben, valósidőben nyúlnak az adott darabhoz, változtatnak rajta. És ez óriási különbség a hagyományos eljáráshoz képest, amikor ebben a fázisban sokszor már nem terveznek újra tokmányokat, alkatrészeket stb. Az esetleges előnyök ugyanis nem lennének arányban a költségekkel.

A Formlabs gépei természetesen nem állnak meg a prototípuskészítésnél, a nyomtatott részeket meghatározott célokra, például egyedien kialakított tokmányokat gyártásra használják fel.

A gyártósoron persze nemcsak gépek, hanem emberek is dolgoznak, ráadásul precíziós műszerekkel. Mivel sokszor megismétlik ugyanazt a műveletet, fontos, hogy az ne legyen unalmas és idegesítő. Teljesen más egy figyelmet igénylő bonyolult lépés és egy irritáló repetitív tevékenység, rutinfeladat.

A Formlabs technológiáit e szempontokat figyelembe véve fejlesztik; egy-egy nyomtatott prototípus, jól működő eszköz jelentős mértékben megkönnyíti az egyébként nehéz munkát.

Például nyomtatott tokmány tartja a Form 2 printer kijelzőjét. Ez a rész közvetlenül ugyan nem csökkenti az anyagköltséget, viszont idő spórolható vele, és így könnyebbé teszi a gyártósoron dolgozók munkáját. A printelést végző személy gördülékenyebben tudja használni a gépet. Beépített zárrendszerével eljátszható, „szimulálható” a printer fedelének kinyitása, becsukása, és nem kell hozzá a máskülönben elengedhetetlen mágnes.

A Formlabs másik tesztelésre használt alkatrésze az árammérőt tartó – gyorsan kivitelezett, egyszerű – rendszer. Ezzel válik lehetővé, hogy a mérő minőségét már a printerbe szerelés előtt kiértékeljék, amivel a későbbiekben szintén idő és pénz takarítható meg.

Ez a módszer már tényleg nem a nem is olyan régi idők körülményes, hiba vagy változtatás esetén komoly pluszköltségekkel járó gyártása. A 3D nyomtatás valóban átalakítja az ipari termelést.

A világ egyik vezető 3DP vállalata, a Stratasys a ma véget érő los angelesi SOLIDWORKS World 2017-en, hétfőn mutatta be új gépeit, három professzionális, gyors és sokoldalú FDM (műanyag-olvasztás) alapú 3D nyomtatóját, az F123 sorozat darabjait (F170, F270, F370).

Stratasys-Designworks együttműködés

A tervező munkacsoportok gyors prototípuskészítési igényeit kielégíteni hivatott printereket a könnyebb felhasználás, nagyobb hozzáférés és szélesebb körű anyagválaszték szellemében fejlesztették. PLA, ABS, ASA és PC-ABS nyomtatószállal működnek, a szálak tízféle színben szerezhetők be.

A Stratasys friss felmérése alapján a tervező munkacsoportok kulcsszerepet játszanak fogyasztói javak, légjármű-, autó- és más meghatározó iparágak termékeinek kidolgozásában, fejlesztésében. A fentebbi három szempont hangsúlyos érvényre juttatásával ezeken a területeken is felgyorsul a 3DP alkalmazása.

A printerek esztétikáját – külsejét – a Stratasys a BMW Csoporthoz tartozó vezető ipari tervezőcég Designworks-szel közösen alakította ki.

„Ahogy a jövő robotikai eszközei környezetükhöz alkalmazkodnak, úgy mi is azon dolgoztunk, hogy az F123 sorozat külsőre, érzetre és ergonómiában is szakszerűen megtervezett felhasználói interakciókat nyújtson” – nyilatkozta Andre de Salis, a Designworks kreatív igazgatója.

 Könnyen kezelhetők

A gépek építőterületük méretében és nyomtatószál-használatban különböznek egymástól.  A legkisebb F170 maximális építőterülete 254x254x254, az F270-é 305x254x305, az F370-é 355x254x355 milliméter.

A nyomtatóanyagokat illetően az F170 és az F270 PLA, ABS és ASA, az F370 e három mellett PC-ABS szálat használ. Az FDM-anyagok változatossága széleskörű prototípuskészítési lehetőségeket kínál. Ha például a „gyors vázlat módot” és PLA-t választjuk, olcsón és hamar elkészül a koncept prototípus. ASA vagy ABS esetén viszont szilárdabb és erősebb, PC-ABS-szel pedig ütközésnek ellenáll, és igen magas minőséget képvisel a prototípus. Az anyagok installálása és helyettesítése gyors és könnyű.

Az érintőképernyős interfész egyszerűen kezelhető. A Stratasys elmondta, hogy a gépek működtetéséhez nincs szükség mélyebb szakértelemre. Felhasználóbarát „természetük” a usernek intuitív platformot, könnyen monitorozható és távolról vezérelhető nyomtatást biztosító GrabCAD Print szoftvernek köszönhető.

 Komplex nyomtatók     

A méretében fénymásoló géphez hasonló három modell elég kompakt ahhoz, hogy elférjen egy irodában. A tervezőt az alapötlet ellenőrzésétől a terv hitelesítéséig, működő változatig, „végigvezetik” a teljes prototípuskészítési folyamaton. Lehetőség nyílik a folyamatos iterációra, részek és az egész is hamarabb módosítható. A terméktervek a prototípus kiértékelése és feljavítása után kerülnek gyártásra.   

A 3D nyomtatás utóbbi 10 esztendejének egyik tapasztalata, hogy minél hatékonyabb a prototípuskészítés, általában annál több időt és kiadást spórolhatunk meg, és a termékminőséget sem kell feláldozni, de különösebb engedményeket sem kell tenni.

A Stratasys egyelőre semmit nem közölt az árakról.

A fémek és ötvözetek egyik legnagyobb fejlesztője, gyártója és terjesztője, a Carpenter Technology Corporation 35 millió dollárért felvásárolta a legnagyobb titánpor-gyártó vállalatot, a Purist. Mostantól hozzátartozik a Puris összes titánpor-eljárása, additív gyártó megoldása, szabadalma stb.

A stratégiai lépés a 2020-ra kb. 37 milliós dollárra prognosztizált 3DP porpiac növekedése miatt logikus, mert így a Carpenter a piac jelentős részét magáénak tudhatja. Nyomtatásra használt porok közül jelenleg a fémporok a legkeresettebbek, a titán pedig különösen népszerű. Ezen a területen Észak-Amerika dominál, tanulmányok alapján a következő években is megőrzi vezető szerepét.

A Puris nyugat-virginiai (Bruceton Mills) telephelyén folytatja tevékenységét.

Kanadában elsőként az Ottawai Kórház tevékenységi körébe integrálja a 3D nyomtatást, kidolgozott program keretében fogja oktatásra, sebészeti és kutatási célokra használni a technológiát. A program középpontjában a kórház új, 400 ezer dolláros Stratasys 3D Connex printere áll, amelyet nagylelkű adományból vásároltak meg.

Az intézményben 3DP laboratóriumot is létesítettek. Különféle anyagokkal – titánnal, gumival, szilíciummal, sőt, emberi sejtekkel is – tudnak dolgozni, nyomtatni.

Adnan Sheikh, a 3DP program orvosi igazgatója szerint a gyógyászati 3D nyomtatás komoly változásokon megy keresztül, és „nagyjából ez a medicina jövője.”

A program előnyeiben részesülő első beteg a 33 éves Dave Chasse 2015. júniusi motorbalesetben veszítette el bal keze nagy részét. A kórházban nemrég kapott mozgatható, rugalmas kézzel meghajlítja ujjait, és kisebb tárgyakat is meg tud vele fogni.

„Mintha megint lennének ujjaim” – nyilatkozta.

Sheikh elmondta, hogy egy 3DP laborban sokkal könnyebb és gyorsabb művégtagokat készíteni. Természetesen más alkalmazásokban is gondolkoznak: sebészeket segítendő részletes anatómiai modelleket dolgoznak ki, amelyekkel például pontosabban megállapítható daganatok formája és helye.

A program törést szenvedett, rákos, érrendszeri és ortopédiás problémákkal küzdő betegeken szeretne segíteni.

A Dubai Egészségügyi Hatóság (DHA) a múlt heti Arab Egészségügyi Kongresszuson (AHC) jelentette be a 3D nyomtatás fogászati és orvosi alkalmazásának felgyorsítására vonatkozó elképzeléseit. A tervek szerint a Fogászati Szolgáltatások már idén szélesebb körben használja a technológiát.

Az AHC-n a hatósággal kapcsolatban álló cégek, például a Közép-Keleti Fogászati Laboratórium és a Sinterix 3D fémnyomtató vállalat bemutatták új megoldásaikat. Céljuk a fogprintelés. A Sinterix kobaltkrómból készült 14 részes keretet prezentált.

Óriási a potenciál a 3DP fogászati alkalmazásaiban. A 3D Systems Figure 4 rendszere és a cég által nemrég felvásárolt Vertex-Global anyagai remek kombinációk, de például a brit Renishaw is öles léptekkel halad a szakterületi fejlesztésekben.

Egyelőre drága ipari gépeket használnak, de léteznek olcsóbb és szintén jó minőséget garantáló desktop fogprinterek is, például a Formlabs fogászati modellek nyomtatására és ékszergyártásra is alkalmas 3D nyomtatói.

A Boeing és a nagyteljesítményű additív gyártás (HPAM) egyik főszereplője, az Oxford Performance Materials megállapodtak, hogy utóbbi 600 alkatrészt nyomtat a Boeing NASA által megrendelt új Starliner űrtaxijához. A Hexcel Corporation – a korábbi 15 millió után – a napokban fektetett 10 millió dollárt a cégbe.

A megállapodás és a befektetés egyaránt jelzi, hogy a Boeing és a Hexcel is meg van győződve a nyomtatott műanyag hibátlan űrbéli teljesítményéről: bírja az induláskori extrém nyomást, nem okoz gondot a 0 fok alatti hőmérséklet. Eddig csak űreszközök prototípusaihoz használták, most viszont már kereskedelmi űrtermékek is készülnek belőle.

Az Oxford Performance Materials közreműködésével készülő hétüléses űrkabin lényegesen olcsóbb és 60 százalékkal könnyebb lesz, mintha hagyományosan megmunkált fémből és műanyagból alakítanák ki. Az anyag egyébként ugyanolyan erős, mint az alumínium.

Az alkatrészeket három Starliner űrkabinba szerelik. A cég 2000 óta foglalkozik a nagyon jó teljesítményű termoplasztikus poliéter-keton-keton (PEKK) tökéletesítésével, értékesítésével. Az űrhajózásban, a biomedikális szektorban és a hadi iparban alkalmazzák. A NASA, a Northrop Grumman és az America Makes kezdeményezésére az Oxford Performance Materials sikeresen bemutatta, hogy a nyomtatott PEKK bírja a -185 és +148 Celsius-fok közötti hőmérsékletet.

A Starliner 2018 augusztusában kezdheti meg tevékenységét, emberekkel a fedélzeten.

A Ferrari gőzerővel készül a március 26-án Melbourne-ben kezdődő idei Forma 1-re. A versenyautó új motorjában 3D nyomtatott dugattyúk is helyet kapnak. A high-tech megoldásokat az autóiparra alkalmazó olasz Magneti Marelli tervezőcéggel dolgoznak együtt.

A motor február végére lesz kész. A Ferrari az egyre szigorúbb elvárások miatt fordult a 3D nyomtatáshoz, és döntött acélötvözetből készülő erősebb és a hőt jobban bíró dugattyúkról. Hagyományosan a könnyebb alumíniumot használják, viszont magasabb hőmérsékleten és nyomás hatására az abból gyártott részek hamarabb meghibásodnak.

Ezzel szemben 3D nyomtatással kevesebb anyagból dolgozzák ki az acéldugattyút, amelynek a tömege nagyjából ugyanannyi, mintha alumíniumból lenne.

A Ferrari bizakodik, hogy az újítással 2017-ben a tavalyinál jobb eredményt ér el. Sebastian Vettel pilóta szerint nem annyira kompetitívek, mint szeretnék, de az idei versenyautók úgyis mások lesznek, mint a tavalyiak.

A 3DP használata azt is jelenti, hogy az alkatrész hamarabb elkészül, munka közben lehetőségük van folyamatos iterációra. Hagyományos eljárással, például öntéssel ez lehetetlen lenne.

Január 31-én és február 1-én a hollandiai Maastrichtban került sor a 3D Medical Expo 2017-re. A rendezvény középpontjában a 3D nyomtatás egészségünket pozitívan megváltoztató hatásai álltak.

Többek között új szoftvereket is bemutattak, a közönség ízelítőt kapott, milyen programokra számíthat idén.

A konferencia egyik legígéretesebb szoftvere a lett WiDE (We Improve Device Experience) volt. Köztudott, hogy egyre több hobbibarkácsoló nyomtat egyedi műkart, műkezet stb. Nyílt forrású programokat stb. használnak hozzájuk, és a fájlokat is általában megosztják. Csakhogy a terv speciális igények szerinti módosításához valamilyen szintű 3D designer tapasztalat így is kell. A könnyen kezelhető WiDE pont erre kínál megoldást, ezt a pluszmunkát egyszerűsíti le.

A 3D Systems 3DXpertje megkerüli a gyakran nehézkes .stl fájlformátumot, és a printeléshez szükséges darabolást egyetlen programba integrálja.

Orvosi implantátumok terén a Renishaw első alkalommal bemutatta három éve fejlesztés alatt álló ADEPT nevű CAD programját. Alapkoncepciója, hogy a felhasználónak nem kell mérnöknek lennie beteg-specifikus anyagok elkészítéséhez. A páciens koponyájáról készült 3D szken alapján a szoftver detektálja az élő csontokat. Ezt követően az általában sebész felhasználó kb. olyan egyszerűen jelöli ki a környező pontokat, mintha Photoshopban tervezne poligont.